Question

美国Bay等工厂使用石油热裂解的副产物甲烷来制取氢气，其生产流程如图1：
（1）此流程的第Ⅱ步反应为：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），该反应的化学平衡常数表达式为K=

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

；反应的平衡常数随温度的变化如表一，

温度/℃	400	500	830	1000
平衡常数K	10	9	1	0.6

从上表可以推断：此反应是

放

 （填“吸”、“放”）热反应．在830℃下，若开始时向恒容密闭容器中充入CO与H_zO均为1mol，则达到平衡后CO的转化率为

50%

．
（2）此流程的第Ⅱ步反应CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），在830℃，以表二的物质的量（单位为mol）投入恒容反应器发生上述反应，其中反应开始时，向正反应方向进行的有

B

（填实验编号）；

实验编号	n（CO）	n（H2O）	n（H2）	n（CO2）
A	1	5	2	3
B	2	2	1	1
C	0.5	2	1	1

（3）在一个不传热的固定容积的容器中，判断此流程的第Ⅱ步反应达到平衡的标志是

④⑤⑥

①体系的压强不再发生变化     ②混合气体的密度不变    ③混合气体的平均相对分子质量不变   ④各组分的物质的量浓度不再改变    ⑤体系的温度不再发生变化     ⑥v_正（CO₂）=v_逆（H₂O）
（4）图2表示该反应此流程的第Ⅱ步反应在时刻t₁达到平衡、在时刻t₂分别因改变某个条件而发生变化的情况：图中时刻t₂发生改变的条件是

降低温度或增加水蒸汽的量或减少氢气的量

．（写出两种）
（5）若400℃时，第Ⅱ步反应生成1mol氢气的热量数值为33.2（单位为kJ），第Ⅰ步反应的热化学方程式为：
CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ?mol^-1．
则400℃时，甲烷和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为

CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=-136.5kJ?mol^-1

．

Answer 1

分析：（1）K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，由表格中的数据可知，温度越大，K越小，则正反应为放热反应，利用830℃下K计算CO的转化率；
（2）利用Q与K的关系可知，Q＜K时反应向正反应反应移动；
（3）利用平衡的特征“定”、“等”及由此衍生的物理量来分析；
（4）t₂时二氧化碳的浓度增大，而CO的浓度减小，该反应正向移动，以此分析；
（5）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-33.2kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ?mol^-1，
由盖斯定律可知，①+②得到CH₄（g）2+H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）．

解答：解：（1）K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，则K为

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

，由表格中的数据可知，温度越大，K越小，则正反应为放热反应，
830℃，CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），
开始     1      1         0      0
转化     x      x        x        x
平衡    1-x     1-x      x        x
K=

x×x

(1-x)(1-x)

=1，解得x=0.5，则CO的转化率为

0.5

1

×100%=50%，
故答案为：

c(H2)c(CO2)

c(CO)c(H2O)

；放；50%；
（2）A．Q=

2×3

1×5

=1.2＞K=1，则向你反应方向移动，故A不选；
B．Q=

1×1

2×2

=0.25＜K=1，则反应向正反应反应移动，故B选；
C．Q=

1×1

0.5×2

=K，平衡不移动，故C不选；
故答案为：B；
（3）①该反应的压强始终不变，则体系的压强不再发生变化，不能判断平衡，故不选；
②固定容积，质量、体积始终不变，则混合气体的密度不变，不能判断平衡，故不选；    
③混合气体的总质量、总物质的量始终不变，则混合气体的平均相对分子质量不变，不能判断平衡，故不选；
④各组分的物质的量浓度不再改变，为平衡的特征，能判断平衡，故选；
⑤体系的温度不再发生变化，反应达到平衡，故选；
⑥v_正（CO₂）=v_逆（H₂O），则水的正逆反应速率相等，达到平衡，故选；
故答案为：④⑤⑥；
（4）t₂时二氧化碳的浓度增大，而CO的浓度减小，该反应正向移动，则改变的条件为降低温度或增加水蒸汽的量或减少氢气的量，
故答案为：降低温度或增加水蒸汽的量或减少氢气的量；
（5）①CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H=-33.2kJ?mol^-1，
②CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=-103.3kJ?mol^-1，
由盖斯定律可知，①+②得到CH₄（g）2+H₂O（g）=4H₂（g）+CO₂（g）△H=-136.5kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=-136.5kJ?mol^-1．

点评：本题考查较综合，涉及化学平衡的计算、平衡的判定、热化学反应方程式等，注重高考常考查点的考查，注意习题中的数据和图象的分析，题目难度中等．